构建思维模型解决“DNA复制与细胞分裂中的染色体标记”问题

黄海鸿

[摘要]细胞分裂是高中生物的一个难点，学生往往不太容易掌握有丝分裂和减数分裂过程中的各种变化。引导学生构建思维模型不失为一条有效的教学途径。通过构建思维模型，不仅可以化抽象为具体，为学生理解细胞分裂过程打下坚实的基础，还能加深学生对题意的理解，提高学生的解题准确率，帮助学生突破学习难点。

[关键词]思维模型;DNA复制;细胞分裂

[中图分类号] GJ633.91

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（2020）14-0081-02

[例题]将某一经³H充分标记DNA的雄性动物细胞（染色体数为2_n）置于不含³H的培养基中培养，该细胞经过两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关的说法正确的是（   ）。

A.若子细胞中染色体数为2_n，则其中含³H的染色体数一定为n

B.若子细胞中染色体数为n，则其中含³H的DNA分子数为n/2

C.若子细胞中染色体都含³H，则细胞分裂过程中可能发生基因重组

D.若子细胞中有的染色体不含³H，则原因是同源染色体分离

分析：这是一道关于DNA复制与细胞分裂中的染色体标记的题目，学生在碰到此类问题时往往感到无从下手。究其原因是无法在脑海中想象出DNA复制的放射性标记情况，对DNA半保留复制与细胞分裂过程中染色体变化难以结合在一起进行分析。因此，教师可通过构建思维模型，让学生先建立起DNA复制与细胞分裂时染色体变化的联系，然后再着手解题，从而有效提高学生分析与解决问题的能力。

如图1，每一个复制过的染色体上都有2个染色单体，每个染色单体都含一个双链DNA分子。

如图2，在DNA双链之中只要有一条单链被同位素标记，则整个DNA分子都会被认为带标记。故而整个染色单体都是带标记的，且当着丝点分裂之后，所形成的子染色体也是带标记的。在建立好DNA与染色体关系之后，就可以着手构建细胞分裂过程中DNA标记情况的动态模型了。

如图3，细胞分裂过程中的DNA标记情况与DNA复制次数有关，当将2条母链都带标记的DNA放入无放射性的环境进行复制时，虽然合成的子链不带标记，但由于母链是带放射性的，故而第一次复制后的子代DNA都带标记，且都是一条单链上含放射性标记。

以第一次复制所得的DNA为模板再在无放射性环境中进行第二次复制，由于新合成的子链始终不带标记，故第二次复制后有一半子代DNA带标记，另一半DNA不带标记。同时还要特别注意，在分离姐妹染色单体时，不同染色体上的染色单体上下分配具有随机性，故而在第二次DNA复制后，不同子细胞内获得含有放射性的子代DNA数量可能存在差异。

假设细胞内含有双链标记的DNA分子为211个，在无放射性环境下完成连续两次有丝分裂，则在第二次有丝分裂结束所产生的子细胞内带标记的DNA条数最多可能有2n条，最少可能为0，当然也可能为0-2n条的任意条数。

回到刚才的例题，题干中所述的细胞连续分裂了2次，形成了4个大小相等的子细胞，则有可能进行了2次連续的有丝分裂，也可能进行了1次减数分裂。其区别在于：若进行的是有丝分裂，则细胞分裂2次，DNA同样复制了2次;若进行的是减数分裂，则细胞连续分裂2次，而DNA只复制了1次。

由选项A可知，若子细胞中染色体数为2_n，由于分裂前后细胞内DNA含量不变，则可以判定细胞进行的必定是有丝分裂，第一次有丝分裂产生的2个细胞中，每条染色体都含有³H，而第二次有丝分裂产生的4个子细胞中，含³H的染色体数可能是0～2_n，故A错误。

由选项B可知，若子细胞中染色体数为n，可以看出分裂前后细胞内DNA含量减半了，故而进行的是1次连续的减数分裂，所以DNA只复制了1次，而每个子细胞含³H的DNA分子数也都应该是n个，故B错误。

反过来考虑，如果经过连续2次细胞分裂形成的子细胞中所有染色体都含³H，说明该细胞的DNA只复制过1次，那么进行的细胞分裂必定是减数分裂，而减数分裂过程可能发生基因重组，故C正确;而如果子细胞中有的染色体不含³H，则该细胞的DNA必定发生了2次复制，故而该细胞发生的必定是2次有丝分裂，而有丝分裂是不发生同源染色体分离的，故D错误。故正确答案为C。

总之，细胞分裂是高中生物的一个难点，学生往往不太容易掌握有丝分裂和减数分裂过程中的各种变化，其原因就在于学生在脑中无法想象细胞分裂的具体过程及其各种组分的变化情况。笔者认为，在高中生物教学中为学生构建思维模型不失为一条有效的教学途径。通过构建思维模型，不仅可以化抽象为具体，为学生理解细胞分裂过程打下坚实的基础，还能加深学生对题意的理解，提高解题准确率，帮助学生突破学习难点。

（责任编辑 黄春香）